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Thema: Parabeln
[ein Bindeglied zwischen
Geometrie und Algebra ]
Dr. Neidhardt 14.11.03
Referent: Christian Schuster
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Gliederung:
• Anwendungsgebiete und Vorkommen
von „Parabel“ – Erscheinungen in der Natur
• Parabeln: Definition, geometrische und physikalische Charakterisierung
• Parabeln – Ein Bindeglied zwischen Geometrie und Analysis
• Möglichkeiten der geometrischen Konstruktion von Parabeln und deren Interpretation
– Konstruktion mit Hilfe des Strahlensatzes
– Konstruktion durch den Höhen- Kathetensatz
– Konstruktion mit dem Sehnensatz
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1. Anwendungsgebiete und natürliche Vorkommen von „Parabel“ – Erscheinungen
Wie oft die Parabel wird in unserem Alltag auftritt, wird uns meist nicht bewusst.
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Zum Beispiel ist die Laufbahn beim Werfen eines Balles eine Parabel. Der Ball fällt vom höchsten Punkt in einer Kurve, dem Scheitel, in derselben Form wieder zurück, wie er nach oben geworfen wurde. Beide Bögen bilden die Parabel.
senkrechter Wurf (Annäherung) schiefer Wurf
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Auch bei Springbrunnen fliegen die Wassertropfen auf Parabelbahnen
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Beim Feuerwerk sieht man ganze Parabelfamilien…
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Die Parabel ist eine ebene Kurve, die zu den Kegelschnitten gehört…
Jedoch schneidet die Ebene hier –
im Gegensatz zur Hyperbel
– nur einen der Kegel
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Die Reflexionseigenschaft der Parabel wird in vielen optischen Geräten wie bei Antennen (Parabolspiegeln) ausgenutzt.
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Auch bei Solarkraftwerken wie hier im Death Valley kommt die Parabelform zum Einsatz
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Wenn ein Wasserglas rotiert, steigt das Wasser an den Rändern höher als innen, der Querschnitt der Wasserfläche bildet eine Parabel
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Wenn ein Wasserglas rotiert, steigt das Wasser an den Rändern höher als innen, der Querschnitt der Wasserfläche bildet eine Parabel
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Geometrische Charakterisierung einer Parabel:Eine Parabel besteht definitionsgemäß aus genau allen Punkten P, deren Abstand von einem festen Punkt F (Brennpunkt) und einer festen Geraden L (Leitlinie) gleich ist.
Physikalische Charakterisierung einer Parabel:Ein Lichtstrahl, der parallel zur x-Achse einfällt, wird an der Parabel so reflektiert, dass er durch den Brennpunkt geht.
1.Parabeln: Definition, geometrische und physikalische Charakterisierung
Thema 1. Stunde
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Die Gleichung einer Parabelrelation:
Der Punkt F heißt Brennpunkt der ParabelDie Gerade L heißt Leitlinie der Parabel
pxy 22
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Die Gleichung einer Parabelrelation:
Der Punkt F heißt Brennpunkt der ParabelDie Gerade L heißt Leitlinie der Parabel
pxy 22
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Die Gleichung einer Parabelrelation:
Der Punkt F heißt Brennpunkt der ParabelDie Gerade L heißt Leitlinie der Parabel
pxy 22
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1. Parabeln – Ein Bindeglied zwischen Geometrie und Analysis
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1. Parabeln – Ein Bindeglied zwischen Geometrie und Analysis
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1. Parabeln – Ein Bindeglied zwischen Geometrie und Analysis
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1. Parabeln – Ein Bindeglied zwischen Geometrie und Analysis
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1. Parabeln – Ein Bindeglied zwischen Geometrie und Analysis
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1. Parabeln – Ein Bindeglied zwischen Geometrie und Analysis
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1. Parabeln – Ein Bindeglied zwischen Geometrie und Analysis
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1. Parabeln – Ein Bindeglied zwischen Geometrie und Analysis
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1. Parabeln – Ein Bindeglied zwischen Geometrie und Analysis
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1. Parabeln – Ein Bindeglied zwischen Geometrie und Analysis
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1. Parabeln – Ein Bindeglied zwischen Geometrie und Analysis
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Möglichkeiten der geometrische Konstruktion von Parabeln und deren Interpretation
a) Parabelkonstruktion mit Hilfe des Höhen- und Kathetensatzes
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Höhensatz:
Pythagoras:
222 bac daraus hergeleitet –der Höhensatz:
pqh 2
und –der Kathetensatz:
cpa 2 cqb 2,
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pqh 2
x
y d
dyx 2
21x
dy
xSC yAS dSB
eine Parabelgleichung
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21x
dy d ( ) ist die Konstante, welche die Parabelöffnung
festlegt.x und y werden jeweils durch den Punkt P1 abgetragen, welcher sich natürlich senkrecht über dem X-Achsen-abschnitt befinden muss.Daher die Hilfskonstruktion des Rechtecks SAP1C
x
y p
SB
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1. Zeichne mit Hilfe des Höhensatzes den Graph der quadratischen Funktion, die folgende Gleichung hat:
Aufgabe:
19122 2 xxy
2. Wo liegen in diesem Falle die Leitlinie L und der Brennpunkt F ?
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1. Zeichne mit Hilfe des Höhensatzes den Graph der quadratischen Funktion, die folgende Gleichung hat:
Aufgabe:
19122 2 xxy21x
dy
2. Wo liegen in diesem Falle die Leitlinie L und der Brennpunkt F ?
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1. Zeichne mit Hilfe des Höhensatzes den Graph der quadratischen Funktion, die folgende Gleichung hat:
Aufgabe:
19122 2 xxy
2. Wo liegen in diesem Falle die Leitlinie L und der Brennpunkt F ?
)1,3(S21x
dy
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1. Zeichne mit Hilfe des Höhensatzes den Graph der quadratischen Funktion, die folgende Gleichung hat:
Aufgabe:
19122 2 xxy
2. Wo liegen in diesem Falle die Leitlinie L und der Brennpunkt F ?
)1,3(S2
112 d
d21x
dy
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1. Zeichne mit Hilfe des Höhensatzes den Graph der quadratischen Funktion, die folgende Gleichung hat:
Aufgabe:
19122 2 xxy
2. Wo liegen in diesem Falle die Leitlinie L und der Brennpunkt F ?
)1,3(S2
112 d
d
75,0yLeitlinie L
21x
dy
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1. Zeichne mit Hilfe des Höhensatzes den Graph der quadratischen Funktion, die folgende Gleichung hat:
Aufgabe:
19122 2 xxy
2. Wo liegen in diesem Falle die Leitlinie L und der Brennpunkt F ?
)1,3(S2
112 d
d21x
dy
Leitlinie L 75,0y )25,1;3(F
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b) Parabelkonstruktion mit Hilfe des Sehnensatzes
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Sehnensatz
Schneiden sich zwei Sehnen im Kreis, dann ist das Produkt der beiden Abschnitte auf einer Sehne gleich dem Produkt der beiden Abschnitte auf der anderen Sehne.
ZCDZZEFZ
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ZCDZZEFZ
In dem Spezialfall nun mit :
xZEFZ
dDZ yZC
und
y
x
x
d
ydx 2
21x
dy eine Parabelgleichung
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21x
dy
Mit Hilfe einer kleinenHilfskonstruktion [K1(S,x1); K2(R,y)]werden nun die jeweiligen X- bzw. Y-Achsenabschnitte der Sehensatz-konstruktion durch die Spur vonP1, P2 oder P3, P4 ins Koordinatensystem übertragen.
e
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Aufgabe:
2. Wo liegen in diesem Falle die Leitlinie L und der Brennpunkt F ?
e
1. Was bewirkt eine Veränderung von e?
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Aufgabe:
2. Wie kann ich beim Sehnensatz die Lage der Leitlinie L bzw. des Brennpunktes F herausfinden ?
e
1. Was bewirkt eine Veränderung von e?
e entspricht dem Sehnenabschnitt p,der die Parabelöffnungskonstante darstellt. Verlängert man die Strecke e, wird die Parabelöffnung größer, da d in der Parabelformel als Kehrwert eingeht.
21x
dy
Gleichung aus Sehnensatz: allgemeine Parabelgleichung:
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Aufgabe:
2. Wie kann ich beim Sehnensatz die Lage der Leitlinie L bzw. des Brennpunktes F herausfinden ?
e
1. Was bewirkt eine Veränderung von e?
e entspricht dem Sehnenabschnitt d,der die Parabelöffnungskonstante darstellt. Verlängert man die Strecke e, wird die Parabelöffnung größer, da d in der Parabelformel als Kehrwert eingeht.
21x
dy
21x
dy
Gleichung aus Sehnensatz:
pxy 22 allgemeine Parabelgleichung:
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Aufgabe:
2. Wie kann ich beim Sehnensatz die Lage der Leitlinie L bzw. des Brennpunktes F herausfinden ?
e
1. Was bewirkt eine Veränderung von e?
e entspricht dem Sehnenabschnitt p,der die Parabelöffnungskonstante darstellt. Verlängert man die Strecke e, wird die Parabelöffnung größer, da d in der Parabelformel als Kehrwert eingeht.
21x
dy
21x
dy
Gleichung aus Sehnensatz:
pxy 22 allgemeine Parabelgleichung:
pd 2 )4
1,0(_ dFBrennpunkt dyLeitlinie
4
1_
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b) Parabelkonstruktion mit Hilfe des Strahlensatzes
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d
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Der Strahlensatz:
EG HD
A
die Strahlensatzfigur gibt uns zwei Parallelen [ || ] wobei D,E sogewählt wurden, dass sie auf einem Kreis K um A liegen.dies ermöglicht uns in der Strahlensatzformel
AH
AE
AD
AG mit yAHxADpAG ,,
zu sagen, dass und somit
gilt ; nach y aufgelöst ergibt sich:
- eine Parabelgleichung!!
xADAE
y
x
x
p
21x
py
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Nun haben wir einen x- und einen y- Achsenabschnitt und könnenebenfalls wieder mit einer Hilfskonstruktion aus K1(0, ) um den Ursprung dieX-Koordinate unserer Parabel festlegen.
AD
Mit Hilfe zweier weiterer Kreise K2(+X, ) und K3(-X, ) um jeweils diese X-Koordinaten haben wir die Y-Spurlinie und damit den Graphen unsererkonstruierten Parabel.
Durch bewegen des Punktes D im Programm GeoNext, werden die Parabeläste gezeichnet.
AH AH
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Aufgabe: 1. Welche Eigenschaft muss die Strahlensatzkonstruktion aufweisen, damit Parabelkonstruktion überhaupt ermöglicht wird?
2. Wie verhält sich die Parabel, wenn der Neigungswinkel, den die Parallelen in der Strahlensatzkonstruktion zur Grundlinie einnehmen verändert wird, wie wenn d verkleinert bzw. vergrößert wird?
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Aufgabe: 1. Welche Eigenschaft muss die Strahlensatzkonstruktion aufweisen, damit Parabelkonstruktion überhaupt ermöglicht wird? E,D müssen auf einem Kreis um A liegen => Parabelgleichung
2. Wie verhält sich die Parabel, wenn der Neigungswinkel, den die Parallelen in der Strahlensatzkonstruktion zur Grundlinie einnehmen verändert wird, wie wenn d verkleinert bzw. vergrößert wird?
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Aufgabe: 1. Welche Eigenschaft muss die Strahlensatzkonstruktion aufweisen, damit Parabelkonstruktion überhaupt ermöglicht wird? E,D müssen auf einem Kreis um A liegen => Parabelgleichung
2. Wie verhält sich die Parabel, wenn der Neigungswinkel, den die Parallelen in der Strahlensatzkonstruktion zur Grundlinie einnehmen verändert wird, wie wenn d verkleinert bzw. vergrößert wird?
wenn d durch Bewegen von a geändert wird, verändert sich die Parabelöffnung
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Aufgabe: 3. Welche Besonderheit muss in der Strahlensatzkonstruktion vorliegen, damit eine Normalparabel entsteht?
4. Wie finde ich meine Leitlinie bzw. meinen Brennpunkt?
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3. Welche Besonderheit muss in der Strahlensatzkonstruktion vorliegen, damit eine Normalparabel entsteht?
4. Wie finde ich meine Leitlinie bzw. meinen Brennpunkt?
Aufgabe:
21x
dy 2xy 11
1 d
d
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3. Welche Besonderheit muss in der Strahlensatzkonstruktion vorliegen, damit eine Normalparabel entsteht?
4. Wie finde ich meine Leitlinie bzw. meinen Brennpunkt?
Aufgabe:
21x
dy pxy 22
21x
dy 2xy 11
1 d
d
Parabel aus dem Strahlensatz
allgemeine Para-belgleichung
2
2
1x
pyxy
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3. Welche Besonderheit muss in der Strahlensatzkonstruktion vorliegen, damit eine Normalparabel entsteht?
4. Wie finde ich meine Leitlinie bzw. meinen Brennpunkt?
Aufgabe:
21x
dy pxy 22
21x
dy 2xy 11
1 d
d
Parabel aus dem Strahlensatz
allgemeine Para-belgleichung
2
2
1x
pyxy
dpdppd 2
12
2
11 und F und L liegen jeweils
bei bzw.
auf dem Lot auf x durch S
p2
1p
2
1
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Diese Konstruktion einer Parabel durch den Strahlensatz ist nur möglich,indem ich mir geeignete Strecken günstig wähle und gewisse Parameter(Einschränkungen) in Kauf nehme...
hier:
Die Punkte E,D liegen auf einem Kreis um A, wodurch sich eineParabelgleichung aufstellen lässt.